Unidad Policetidos 1

-‐Grupo numeroso y diverso de metabolitos secundarios que se biosinte6zan a través de la condensación de varias unidades derivadas de ácidos carboxílicos pequeños. -‐Su biosíntesis es catalizada por enzimas denominadas “Policé'do-‐Sintasas”.

POLICÉTIDOS O POLIQUÉTIDOS

-‐ Se biosinte6zan en plantas, hongos, animales y bacterias, principalmente en ac6nomicetos

-‐ Poseen propiedades biológicas de interés medicinal y agroquímico

POLICÉTIDOS

CLASIFICACIÓN DE LOS POLICÉTIDOS

•  Ácidos Grasos y Derivados •  Polienos •  Poliéteres • Macrólidas y Lactamas •  Policé6dos Aromá6cos • Otros

COOH

OOH

HOO

O

OH

1516

trans cistreoeritro

192024

23

14

35

37

(CH2)8 O O(CH2)9CH3

O

O

OH

OH

HO CH3

34

C

OHO

HNOH

OHCH2OHn

n

( )

( )

OCOOMe

O

HO

HO OH

O

O

HO

O

OH

Ácidos Grasos y Derivados

prostanoides lactonas

acetogeninas

furanos ceramidas

Polienos

POLIÉTERES

MAITOTOXINA

POLIÉTERES

Brevetoxina A Toxina aislada de Gymnodimium breve

POLIÉTERES IONÓFOROS

NONACTINA MONESINA

POLIÉTERES IONÓFOROS

MACRÓLIDAS

MACROLACTAMAS

POLICETIDOS AROMÁTICOS

OH

O

O

NAFTALENO γ-PIRONA NAFTOQUINONA

OMe OMe

O

OH O

HO

OH

OHHO

OH

COOHHO

OH

OHHO

O

C6 C6C2 C6C1

POLICÉTIDOS AROMÁTICOS

isocromano isocumarina

aflatoxina B1 xantona

O

HO

OH

HOOCO

O

O

OMe

O

O

O

OO

O OH

HO

HOCO


OMe

O

Me

O

OOMe

Cl

MeO

O

O

OH OH

COOH

HO MeO

O OHOH

O

O

O

OH Me

COOH

griseofulvina (grisano) reina (antraquinona)

rabelomicina (benzo[a]antraquinona)

kalafungina (benzoisocromanoquinona)

POLICETIDOS AROMÁTICOS –continuación-

O

O OHO

OMe

COOMe

OH

OH

OH

MeO

Me

tetracenomicina C (antraciclina)

O OH

OH

CONH2

Cl

O

NMe2

OH

OH

O

O

O

HO

COOH

O

clorotetraciclina (tetraciclina)

depsidona dépsido

O

O

HO

COOH

OHOH


ácido úsnico benzofenona

O

O

O

OHOH

HO

O

OHCOOH

OHOOH

O

OH

cannabinoides

O

O

flavonoides

COOH

OHO

HO

●

ácido estipitatico

O

OCH3

O6

54

32

1

7

ácido penicilínico

O

HO O

MeH

O

O

Me

Me

H

estatinas

OTROS

Antibióticos Eritromicinas Rifamicinas Tetraciclinas

Antifungicos Anfotericinas Nistatina Griseofulvina

Antitumorales Adriamicina Daunorubicina Enedinas

Hipocolesterolemiantes Mevastatina Zocor

Inmunosupresores FK506 Rapamicina

Productos de uso veterinario Avermectina Tilosina Monensina

POLICÉTIDOS DE IMPORTANCIA MEDICINAL

-Grupo numeroso y d iverso de metabol i tos secundarios que se b i o s i n t e t i z a n a t r a v é s d e l a condensación de varias unidades derivadas de ácidos carboxílicos pequeños. Una de estas unidades actua como unidad de iniciación y las otras como unidades de extensión.

POLICÉTIDOS O POLIQUÉTIDOS

UNIDADES DE INICIACIÓN Y EXTENSIÓN (O ALARGAMIENTO)

Acetil CoA

PKS

SCoA

O

octanoil CoA

Isovaleroil CoA

isobutiroil CoA

propionil CoA

SCoA

O

CoAS

O

SCoA

O

hexanoil CoA

SCoA

O

acetil CoA

SCoA

O

SCoA

OO

acetoacetil CoA

CoAS

O

butiroil CoA

SCoA

O

HO

O

SCoA

O

HO

O

COSCoAHOOC

etilmalonil CoA

metilmalonil CoA

malonil CoA

SCoA

O

Malonil CoA

FAS

SCoA

O

HO

O

UNIDADES DE INICIACIÓN Y EXTENSIÓN (O ALARGAMIENTO) -continuación-

CoAS

O

cinamoil CoA

PKS

CoAS

O

OH

OCH3

CoAS

O

OH

p-cumaroil CoA

CoAS

O

OH

OH

cafeoil CoA feruloil CoA

SCoA

O

benzoil CoA

SCoA

O

N

H

N-metil antraniloil CoA

malonil CoA

metilmalonil CoA

SCoA

O

HO

O

SCoA

O

HO

O

COSCoAHOOC

etilmalonil CoA

piruvato

L-leucina

Me COOH

Me O

ácido 4-metil-2-oxopentanoico

MeCOSCoA

Me

ácido 3-metil-butanoico

acetil CoA

Me COOH

NH2Me

Formación de Acetil y Malonil CoA

malonil CoA

MeCOSCoA

HOOC-CH2-COSCoA

CO2 y biotina

MeCOOH

Me

O

MeCOOH

NH2

Me

Me COSCoA

Me

2-metilpropanoil CoA ácido 3-metil-2-oxobutanoico L-valina

2-metil-2-propenoil CoA

H2C COSCoA

Me

COSCoA

Me

HOOC

metilmalonil CoA

Formación de metil malonil CoA

CH3CH2COSCoA

CO2 y biotina

Propionil CoA

REACCIONES QUE PERMITEN LA FORMACIÓN DE LOS POLICÉTIDOS

1.  Reacciones catalizadas por las policétidos sintasas (tipos I-III) y que son similares a las de la síntesis de ácidos grasos

REACCIONES QUE PERMITEN LA FORMACIÓN DE LOS POLICÉTIDOS

2. Reacciones complementarias que tienen lugar después de la formación del policétido primario en el seno de las sintasas:

-  Metilaciones (metil transferasas) -  Formacion de glicósidos (glicosil transferasas) -  Reducciones (reductasas dependientes de NADPH) -  Oxidaciones (mono y dioxigenasas dependientes de

citocromo P-450)

-LAS SINTASAS DE LOS POLICÉTIDOS (PKS) GUARDAN UNA GRAN SIMILITUD CON LAS SINTASAS DE LOS ÁCIDOS GRASOS (FAS) -LAS PKS PRESENTAN, ENTRE OTROS, LOS DOMINIOS CATALÍTICOS DE LAS FAS

SINTASAS DE LOS ÁCIDOS GRASOS VS SINTASAS DE LOS POLICÉTIDOS

Los sitios catalíticos o proteínas funcionales de las FAS son los siguientes: Acil transferasa (AT) y Malonil transferasa (MAT) Cetosintasa (KS) Proteína accarreadora de acilos (ACP) Cetoreductasa (KR) Deshidratasa (DH) Reductasa de enoilo (ER) Tioestearasa (TE)

CLASIFICACIÓN DE LAS SINTASAS DE POLICÉTIDO

•  TIPO I: -Iterativa -Modular (cada ciclo de elongación

tiene lugar en un dominio o módulo separado) -Bacterias y hongos

•  Tipo II: Iterativa

•  Tipo III: Iterativa y carece de ACP

LAS SINTASAS DE LOS TIPOS I Y II CONTIENEN UNA CADENA DE FOSFOPANTEINA EN LA ACP DONDE SE ACOMODA EL POLICÉTIDO EN FORMACIÓN

LAS PKS TIPO I MODULARES TIENEN UN MODULO DISTINTO POR CADA CICLO DE ELONGACIÓN DE LA CADENA POLICETÍDICA

Son agregados supramoleculares de dos o mas cadenas peptídicas. La DEBS contiene tres módulos de 350 KDa linealmente organizados; cada uno catalizando un proceso completo de elongación

MODULOS DE UNA POLICÉTIDO SINTASA TIPO I

POLICÉTIDO SINTASA TIPO I (ITERATIVA)

O

HO O

MeH

O

O

Me

Me

H

OH

COOH

6-MSA

lovastatina

Proteínas multifuncionales, organizadas en un solo modulo, que actúan en mas de un proceso de extensión. Algunas como la sintasa del 6-MSA carece del dominio TE.

POLICÉTIDO SINTASAS TIPO II

O

N(CH3)2

OHOH O

OH

CONH2

OH

HO

OOH

MeO

OH

O

OMe O OH

O

OH

OH O

OH

OH

antraquinona tetraciclina antraciclina

Complejos multienzimáticos constituidos por proteínas monofuncionales (ocasionalmente bifuncionales) que catalizan la formación de policétidos aromáticos policíclicos. Un mismo sitio catalítico actúa en varias ocasiones a lo largo de un proceso biosintético. Carecen de un dominio AT, pero tienen actividad acarreadora de acilos

POLICÉTIDO SINTASAS TIPO II

POLICETIDO SINTASA TIPO III

O

HO

HO

OH

HO

HO

OH

OH

resveratrol

chalcona

Enzimas pequeñas constituidas por un polipéptido modesto. Carecen de la cadena de fosfopanteína

POLICETIDO SINTASA TIPO III

B. Shen, Current Opinion in Chemical Biology, 7, 285 (2003)

LA BIOSÍNTESIS DE LOS POLICÉTIDOS TIENE ALGUNAS SIMILITUDES CON LA DE LOS ACIDOS GRASOS, PROCESO CATALIZADO POR LAS SINTASAS DE ÁCIDOS GRASOS (FAS)

H S C H 2 C H 2 N H C O

C H 2 C H 2 N H C O

C H O H

C C H 3

C H 3 C H 2 O

N

N

N

N N H 2

O

O P O - O O -

O H

P O

O - O P

O

O - O H 2 C

Coenzima A

Brazo de Panteteína

2 nm

Los ácidos precursores son transferidos a la enzima sintasa correspondiente bajo la forma de tioésteres de la coenzima A

O

O

C H 2 C

C S

O H

A C P

S

K S

S

H 3 C C

S O

REACCIONES DE LA BIOSÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS

Una unidad de malonil * es transferida a la ACP (proteína acarreadora de acilo).

La AT y MT transfieren un grupo acilo de la CoA al sitio activo de la KS (cetosintasa)

O O

C H 2 C

C S

O H

A C P S

K S S

H 3 C C

S O

C H 2 C

C S

O C

H 3 C O

A C P S

K S S H

+ C O 2

La condensación de las dos unidades genera un intermediario de tipo β-cetoácido que permanece unido a la ACP

K R

D H

E R C

H 2 C C

S O

C H 2

H 3 C

A C P

S

C H 2 C

C S

O

C H 3 C

O

S

A C P

S

C H 2 C

C S

O

C H 3 C

O H H

A C P

S

C H C

C S

O

C H H 3 C

A C P

S

El grupo ceto se convierte en metileno a través de una reducción del grupo ceto , deshiratación y una reduccion de la doble ligadura

Las dos etapas de reducción requieren NADH

KR= cetoreductasa DH= deshidratasa ER= enoilreductasa

C H 2 C

C S

O O

O

H

A C P

S

K S

S H

+ C O 2 C

H 2 C C

S O

C H 3 C

O

C H 2

H 3 C

A C P

S

H 3 C C

S O

C H 2

H 3 C

K S

S

La cadena creciente se transfiere a la KS para la adición de otra unidad C2 y, así sucesivamente

K R

D H

E R C

H 2 C C

S O

C H 2

H 3 C C H 2

H 3 C

A C P

S

C H 2 C

C S

O

C H 3 C

O

C H 2

H 3 C

S

A C P

S

C H 2 C

C S

O

C H 3 C

O H H

C H 2

H 3 C

A C P

S

C H C

C S

O

C H H 3 C

C H 2

H 3 C

A C P

S

TE

Acido graso libre

BIOSÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS

OH

COOH

-La biosíntesis es catalizada por la sintasa del 6-MSA (MSAS)

BIOSÍNTESIS DEL 6-MSA

-Metabolito fúngico biosintetizado en varias especies de Penicillium y otros hongos

NADPH

OH

COOH - CO2

- CO2

- H2O

- CO2

ciclización

Acido 6-MSA

S

OO

OHCoA OO

SCoA

S

O

CoA

S

OO

OHCoA

O O O

SCoA O O

SCoA

O O

S

OH

CoA

S

OO O

CoA

+

BIOSINTESIS DEL 6-MSA

S

OO

OH

KS

ACP

SH O O

S

OHKS

ACP

SH O O

S

KS

ACP

KS

ACP SH

SH

KS

ACP

S

O

S

OO

OH

KS

ACP

SH OO

SKS

ACP SH

OO

S

OO

S

KS

ACP

SH

S

OO O

KS

ACP SH

O O

S

KS

ACP S

OO

OH

O O

S

KS

ACP

SH O O O

S

KS

ACP

SH OHO

S

OH

COOH

AcCoA MalCoA (AT)

- CO2 MalCoA

- CO2

NADPH

-H2O

MalCoA

- CO2

ciclización

(TE)

Acido 6-MSA

(DH)

(ER)

TRABAJOS INICIALES SOBRE LA BIOSÍNTESIS DEL 6-MSA

CH3CO2NaOH

COOHCOOH

OO

O

CH3CO2Na OH

COOH

OH

COOH

Experimentos con precursores marcados con isótopos

CH3CO2Na

= 13C

0 % 80 % 90 % 70 %

Vista parcial del espectro de RMN 13C del 6-MAS

Experimentos con precursores marcados con isótopos

OH

COOH

CD3

D

D

OH

COOH

CDH2

D

D

CD3CO2Na

CDH2CO2Na

La distribución equivalente de deuterio en los carbonos C-3 y C-5, al administrar acetato marcado con deuterio en C-2, indicó que el la aromatización del intermediario inmediato al ácido 6-MSA es estereoespecífica y no involucra un proceso de enolización

C. Abell; J. Staunton, Chem. Commun., 1984,1005, y referencias allí citadas

Vista parcial del espectro de RMN 13C del 6-MAS

Espectro de RMN D del 6-MAS marcado con D y 13C

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